土壤環(huán)境中有害化學(xué)物質(zhì)的檢測(cè)與分析方法研究

＊孔小禹

（深圳市北研生態(tài)環(huán)境技術(shù)有限公司 廣東 518000）

隨著人類(lèi)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，大量的化學(xué)物質(zhì)被廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)療、家庭等領(lǐng)域，這些化學(xué)物質(zhì)對(duì)于人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展起到了積極的推動(dòng)作用。然而，這些化學(xué)物質(zhì)也可能對(duì)人類(lèi)健康和環(huán)境造成負(fù)面影響，例如，土壤中的有害化學(xué)物質(zhì)殘留可能會(huì)影響植物生長(zhǎng)和產(chǎn)量、土壤質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境，甚至?xí)?duì)人類(lèi)健康造成威脅。因此，對(duì)于土壤環(huán)境中有害化學(xué)物質(zhì)的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)顯得尤為重要。

1.樣品采集

(1)樣品數(shù)量

在土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，選擇合適的樣品數(shù)量非常重要。樣品數(shù)量的確定需要綜合考慮監(jiān)測(cè)的范圍和目的，以確保監(jiān)測(cè)結(jié)果具有可靠性和準(zhǔn)確性。過(guò)少的樣品數(shù)量會(huì)導(dǎo)致監(jiān)測(cè)結(jié)果的偏差，無(wú)法全面反映土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。因此，在樣品數(shù)量的確定過(guò)程中，需要進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估和規(guī)劃。例如，對(duì)于一個(gè)常規(guī)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，如果監(jiān)測(cè)面積為1公頃（約10,000m2），通常建議至少設(shè)置5～10個(gè)采樣點(diǎn)。這樣可以較好地覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域的異質(zhì)性和空間變異性。為了更全面地了解土壤環(huán)境質(zhì)量情況，取樣點(diǎn)的密度應(yīng)根據(jù)土壤的異質(zhì)性進(jìn)行調(diào)整。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于較均質(zhì)的土壤，可以考慮每0.5公頃設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)；而對(duì)于異質(zhì)性較高的土壤，建議每0.1～0.25公頃設(shè)置1個(gè)采樣點(diǎn)。

(2)樣品位置

樣品位置的選擇是影響土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素。樣品位置應(yīng)該根據(jù)監(jiān)測(cè)的目的和要求選擇合適的地點(diǎn)，具有代表性且易于采集的樣品位置應(yīng)該優(yōu)先選擇，例如，在可能受到污染的區(qū)域、污染源周?chē)?、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)等。為保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的可靠性，采樣時(shí)應(yīng)注意避免選擇過(guò)于平坦或過(guò)于陡峭的地區(qū)，以及有障礙物和建筑物等影響采樣的地點(diǎn)。此外，還需要注意采集不同土層的樣品，土壤剖面中的不同土層可能存在著不同的性質(zhì)和特征，通過(guò)采集不同土層的樣品，可以獲得更全面的信息，進(jìn)一步了解土壤環(huán)境質(zhì)量的情況。樣品位置的選擇需要充分考慮監(jiān)測(cè)的目的和范圍，樣品應(yīng)從不同的位置采集，以代表性地反映監(jiān)測(cè)區(qū)域的土壤環(huán)境質(zhì)量?？梢赃x擇具有不同土壤類(lèi)型、植被覆蓋、地形等特征的地點(diǎn)進(jìn)行采集，以獲得更多樣性的數(shù)據(jù)。

2.前處理

(1)樣品干燥

樣品干燥是一種將土壤樣品中的水分除去的處理方式，這對(duì)于土壤有害化學(xué)物殘留的檢測(cè)非常關(guān)鍵。因?yàn)橥寥乐械乃趾枯^高，如果不進(jìn)行干燥處理，會(huì)導(dǎo)致樣品中化學(xué)物質(zhì)的分布和含量不均勻，進(jìn)而影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。干燥溫度和時(shí)間是關(guān)鍵的參數(shù)，需要根據(jù)樣品的性質(zhì)和檢測(cè)方法的要求進(jìn)行調(diào)整。例如，對(duì)于一般的土壤理化性質(zhì)分析，如土壤質(zhì)地、含水量等指標(biāo)的測(cè)定，常用的干燥溫度為60～80℃，干燥時(shí)間通常在24h左右。而在進(jìn)行土壤養(yǎng)分分析時(shí)，干燥溫度和時(shí)間也需要根據(jù)具體的檢測(cè)方法進(jìn)行調(diào)整。例如，測(cè)定土壤中的全氮、全磷、全鉀含量時(shí)，干燥溫度一般為60～80℃，干燥時(shí)間通常在24h左右。對(duì)于土壤中有機(jī)物污染物的分析，干燥溫度和時(shí)間的要求可能會(huì)更高。例如，苯并[a]芘等多環(huán)芳烴的分析，常用的干燥溫度為105～110℃，干燥時(shí)間可能需要48h以上。

(2)樣品粉碎和篩分

樣品的粉碎和篩分處理是為了消除樣品顆粒的不均勻性，以提高提取效率和檢測(cè)精度。土壤樣品中顆粒大小不均，存在一定的粗顆粒和細(xì)顆粒。因此，需要將樣品進(jìn)行粉碎處理，使其達(dá)到均勻狀態(tài)。在樣品粉碎后，需要通過(guò)篩網(wǎng)分選出符合要求的顆粒大小，以便后續(xù)分析。樣品的粉碎和篩分處理可以通過(guò)手動(dòng)或機(jī)械方式進(jìn)行。手動(dòng)方式包括用研缽和杵進(jìn)行研磨，而機(jī)械方式則包括用球磨機(jī)或切割機(jī)等設(shè)備進(jìn)行處理。在進(jìn)行樣品粉碎和篩分時(shí)，需要注意操作過(guò)程中的衛(wèi)生和安全問(wèn)題，以及樣品不應(yīng)被污染和損壞。

3.儀器檢測(cè)

(1)色譜法

色譜法的主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠進(jìn)行高效的化合物分離和定量分析。在色譜法中，樣品通過(guò)色譜柱進(jìn)行分離，色譜柱的填充物和柱長(zhǎng)、柱徑等參數(shù)都是影響分離效果的重要因素。另外，檢測(cè)器的選擇也十分重要，常見(jiàn)的檢測(cè)器包括熒光檢測(cè)器、紫外檢測(cè)器和質(zhì)譜檢測(cè)器等。其中，氣相色譜法（GC）通常用于揮發(fā)性有機(jī)物的分析，如苯、甲苯、二甲苯等。它的原理是利用化合物在高溫下被分離和分解的特性，將揮發(fā)性有機(jī)物分離出來(lái)，并通過(guò)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)和定量。液相色譜法（HPLC）主要用于分析極性有機(jī)物，如農(nóng)藥、草甘膦等。它的原理是利用化合物在不同的溶劑中具有不同的溶解度和親和力的特性，通過(guò)液相色譜柱進(jìn)行分離，再通過(guò)檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)和定量。在土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，色譜法是常用的分析方法之一，其結(jié)果準(zhǔn)確可靠，具有高靈敏度和高分辨率的特點(diǎn)。不過(guò)，色譜法也有一定的使用缺點(diǎn)，例如，色譜法的分析過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，需要一定的專(zhuān)業(yè)知識(shí)和技術(shù)支持。進(jìn)行色譜分析需要專(zhuān)用的色譜儀器和設(shè)備，包括色譜柱、檢測(cè)器等，其購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)成本較高。色譜法適用于各種不同類(lèi)型的物質(zhì)檢測(cè)，包括有機(jī)化合物、無(wú)機(jī)離子、氣體、藥物、農(nóng)藥、環(huán)境污染物等。

(2)質(zhì)譜法

質(zhì)譜法是一種基于質(zhì)量分析原理的分析方法，其基本原理是將分析物轉(zhuǎn)化為離子，然后利用離子的質(zhì)荷比（m/z）進(jìn)行質(zhì)量分析和鑒定。在質(zhì)譜法中，通常使用質(zhì)譜儀和串聯(lián)質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。質(zhì)譜儀通過(guò)將樣品中的化合物離子化，并根據(jù)離子的m/z值進(jìn)行檢測(cè)。而串聯(lián)質(zhì)譜儀則可以將分離的離子進(jìn)一步分析和鑒定。時(shí)間飛行質(zhì)譜法則通過(guò)利用離子在電場(chǎng)中飛行時(shí)間的差異來(lái)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分析。質(zhì)譜法在土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)中具有廣泛的應(yīng)用。例如，可以通過(guò)質(zhì)譜法檢測(cè)土壤中的有機(jī)物、重金屬、農(nóng)藥等污染物。由于質(zhì)譜法具有高靈敏度和高分辨率的優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)土壤中的復(fù)雜化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行定量和鑒定。但質(zhì)譜法所需的儀器設(shè)備通常較為復(fù)雜且昂貴，包括質(zhì)譜儀、離子源、質(zhì)譜檢測(cè)器等，這增加了設(shè)備的購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)成本，限制了其在一些實(shí)驗(yàn)室和場(chǎng)地的應(yīng)用范圍。而質(zhì)譜法對(duì)于物質(zhì)的鑒定和定量需要依賴(lài)于標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的對(duì)照和參考數(shù)據(jù)庫(kù)的支持。如果缺乏適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)物質(zhì)或數(shù)據(jù)庫(kù)，可能會(huì)對(duì)質(zhì)譜分析的結(jié)果產(chǎn)生一定的限制。質(zhì)譜法適用于廣泛的物質(zhì)檢測(cè)，包括一些金屬元素、藥物、代謝產(chǎn)物等。

(3)光譜法

光譜法可以應(yīng)用于各種化學(xué)和環(huán)境領(lǐng)域，包括土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)。在土壤中存在著各種有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物，通過(guò)光譜法可以快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)這些化合物的存在和濃度。此外，光譜法還具有操作簡(jiǎn)便、不需要樣品前處理、數(shù)據(jù)處理方便等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)光譜法可以測(cè)量土壤中的元素含量、化合物的結(jié)構(gòu)和種類(lèi)、以及污染物的分布和來(lái)源等信息。紫外-可見(jiàn)吸收光譜法主要應(yīng)用于檢測(cè)土壤中的無(wú)機(jī)物質(zhì)，如重金屬離子的含量，熒光光譜法則適用于檢測(cè)土壤中的有機(jī)物質(zhì)，如多環(huán)芳烴等的含量。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，光譜法通常需要使用標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行校準(zhǔn)和定量分析。然而，獲得適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)品可能會(huì)面臨困難，尤其是對(duì)于特定化合物或新興污染物的標(biāo)準(zhǔn)品可能不易獲取。此外，標(biāo)準(zhǔn)品的制備和穩(wěn)定性對(duì)于光譜法的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性也具有重要影響。光譜法適用于多種物質(zhì)的檢測(cè)，尤其是有機(jī)和無(wú)機(jī)化合物。

4.數(shù)據(jù)分析

(1)定量分析

定量分析是通過(guò)測(cè)量樣品中化合物的含量來(lái)確定其濃度。在土壤質(zhì)量監(jiān)測(cè)中，定量分析是評(píng)估土壤中污染物質(zhì)濃度的重要手段。在進(jìn)行定量分析之前，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚聿襟E，如樣品提取、干燥、粉碎、篩分等，以消除干擾因素，提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。同時(shí)，還需要選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)量方法和儀器設(shè)備，確保測(cè)量結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性。在進(jìn)行定量分析時(shí)，常用的方法包括標(biāo)準(zhǔn)曲線法和外標(biāo)法。在進(jìn)行定量分析時(shí)，需要注意選擇合適的方法和適當(dāng)?shù)臐舛确秶垣@得準(zhǔn)確的結(jié)果。本分析法具有一定的準(zhǔn)確性和靈活性，但也有一定的缺點(diǎn)，例如，有時(shí)定量分析可能需要較長(zhǎng)的分析時(shí)間，特別是對(duì)于復(fù)雜樣品或低濃度污染物的測(cè)量。此外，所需的儀器設(shè)備和耗材、標(biāo)準(zhǔn)品等也可能增加分析的成本。

(2)定性分析

定性分析是一種重要的化學(xué)物質(zhì)分析方法，可以通過(guò)比對(duì)樣品的質(zhì)譜或光譜數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)或數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，確定樣品中化合物的種類(lèi)和類(lèi)型。在進(jìn)行定性分析前，需要對(duì)樣品進(jìn)行適當(dāng)?shù)那疤幚砗吞崛?，以提高檢測(cè)靈敏度和特異性。對(duì)于復(fù)雜的樣品基質(zhì)，還需要采用分離和純化等技術(shù)，以避免干擾和背景信號(hào)的影響。在比對(duì)樣品和標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)或數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)時(shí)，需要考慮到儀器的靈敏度、準(zhǔn)確性和特異性等因素，以避免誤判和漏判。定性分析可以快速確定樣品中化合物的種類(lèi)和類(lèi)型，并且具有較高的靈敏度。但需要注意的是，該分析法結(jié)果可能存在一定的主觀性，依賴(lài)于操作人員的經(jīng)驗(yàn)和判斷。不同的操作人員可能會(huì)對(duì)同一樣品得出不同的定性結(jié)論。

(3)聚類(lèi)分析

聚類(lèi)分析在土壤質(zhì)量評(píng)價(jià)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和土壤治理等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。聚類(lèi)分析的目的是將一組數(shù)據(jù)按照其相似性分為不同的類(lèi)別，并形成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)或簇。聚類(lèi)分析可以幫助決策者對(duì)土壤污染情況進(jìn)行更深入的了解和評(píng)估，提供有效的治理和保護(hù)措施。在聚類(lèi)分析中，可以采用不同的算法和技術(shù)，如層次聚類(lèi)、K均值聚類(lèi)、模糊聚類(lèi)等。層次聚類(lèi)是將樣品按照相似性分為不同的類(lèi)別，并形成一個(gè)層次結(jié)構(gòu)。K均值聚類(lèi)則將樣品分為K個(gè)不同的簇，每個(gè)簇包含具有相似屬性的樣品。模糊聚類(lèi)則允許樣品被分配到多個(gè)類(lèi)別中，反映出樣品的不確定性和模糊性。聚類(lèi)分析可以幫助發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)中的隱藏模式和結(jié)構(gòu)。通過(guò)將相似的樣品或數(shù)據(jù)點(diǎn)分組到同一類(lèi)別或簇中，并且不需要事先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行假設(shè)或制定預(yù)定義的模型。但要注意聚類(lèi)分析對(duì)于異常值和噪聲數(shù)據(jù)比較敏感。異常值或噪聲的存在可能會(huì)影響到聚類(lèi)結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理和去噪操作。

5.結(jié)論

綜上所述，土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)是保障人類(lèi)生存環(huán)境和生態(tài)安全的重要措施之一。有害化學(xué)物殘留及含量檢測(cè)與分析是土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在采樣、前處理、儀器檢測(cè)和數(shù)據(jù)分析等環(huán)節(jié)中，需要注意細(xì)節(jié)、嚴(yán)格控制誤差和提高精度及準(zhǔn)確度。同時(shí)，不同的檢測(cè)方法和技術(shù)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況和需求進(jìn)行選擇和應(yīng)用，如氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)、光譜法、聚類(lèi)分析等，可以更好地反映土壤中有害化學(xué)物的來(lái)源、分布規(guī)律和對(duì)環(huán)境的影響。日后，需要繼續(xù)發(fā)展高效、快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)方法，推進(jìn)土壤污染治理和土壤環(huán)境的健康和可持續(xù)發(fā)展。